(57)【要約】【課題】微粒子を沈降速度法により精密に分級することができる微粒子分級装置および方法を提供すること【解決手段】微粒子分級装置１は、遠心ローター３０内にてキャリア液相の供給と回収、及び微粒子試料の供給と回収が時間連続的に行われる分離流路３で、微粒子試料から分離対象とする微粒子Ｐをキャリア液相中において沈降速度法により分離する遠心分離方式を用いたものであり、分離流路内に分離流路の総断面積を狭める狭窄手段５４が設けられている。【選択図】図２２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心ローター内にてキャリア液相の供給と回収、及び微粒子試料の供給と回収が時間連続的に行われる分離流路で、前記微粒子試料から分離対象とする微粒子をキャリア液相中において沈降速度法により分離する遠心分離方式を用いた微粒子分級装置であって、
前記分離流路内に前記分離流路の総断面積を狭める狭窄手段を設けたことを特徴とする微粒子分級装置。
【請求項２】
前記狭窄手段は、
前記遠心ローターの動径方向に沿った前記分離流路の流路幅を狭める流路幅狭窄手段と、
前記遠心ローターの回転軸方向に沿った前記分離流路の流路高さを狭める流路高さ狭窄手段の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１に記載の微粒子分級装置。
【請求項３】
前記流路幅狭窄手段は、前記分離流路内を前記動径方向に所定間隔をおいて分割して複数の分割通路を形成するゲートを有することを特徴とする請求項１に記載の微粒子分級装置。
【請求項４】
前記複数の分割通路は、前記分離流路の上流側から下流側に向かって前記複数の分割通路の各流路幅が漸次狭窄するテーパ形状を有することを特徴とする請求項３に記載の微粒子分級装置。
【請求項５】
前記流路高さ狭窄手段は、キャリア液相の供給側である前記分離流路の上流側からキャリア液相の回収側である前記分離流路の下流側に移行するにしたがって前記分離流路の流路高さを漸次狭める傾斜面を有しており、前記流路幅狭窄手段よりも前記分離流路の上流側に配置されることを特徴とする請求項３または４に記載の微粒子分級装置。
【請求項６】
前記流路幅狭窄手段よりも前記分離流路の下流側に配置されて前記複数の分割通路の下流側を互いに接続して合流させる合流通路と、
該合流通路に連続して設けられて該合流通路からキャリア液相が回収される回収口と、を有することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の微粒子分級装置。
【請求項７】
前記狭窄手段は、前記分離流路を上流側と下流側に仕切る仕切板と、該仕切板を貫通して前記動径方向に沿って延在するスリットとを有することを特徴とする請求項１に記載の微粒子分級装置。
【請求項８】
前記狭窄手段は、前記分離流路を上流側と下流側に仕切る仕切板と、該仕切板を貫通して前記動径方向に所定間隔をおいて穿設された複数の貫通孔とを有することを特徴とする請求項１に記載の微粒子分級装置。
【請求項９】
前記狭窄手段は、下流側に移行するにしたがって分離流路の流路高さ方向両側から流路高さ方向中央に向かって互いに接近するように傾斜した一対の上流傾斜面と、該一対の上流傾斜面の下流端に頂部を介して連続し、下流側に移行するにしたがって分離流路の流路高さ方向両側に向かって互いに離反するように傾斜した一対の下流傾斜面とを有することを特徴とする請求項１に記載の微粒子分級装置。
【請求項１０】
前記頂部は、流路高さ方向に所定の間隙を有して互いに対向配置されており、分離流路の流路方向に沿って平行に延在する平面形状を有していることを特徴とする請求項９に記載の微粒子分級装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒径がミクロンからナノ領域の微粒子を分級する微粒子分級装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微粒子の分級方法としては、気相（または真空）中で分級する方法と、液相中で分級する方法がある。このうち、気相中で分級する方法は、処理容量が小さく、また微粒子が会合しやすいため、真の粒径による分級にはなかなかならないという問題があった。
【０００３】
一方、液相中で分級する場合は、気相中の場合と異なり、微粒子は会合しにくく、また微粒子が分散媒中を移動する際に大きな抵抗が発生し、その抵抗は粒径に鋭敏に依存することから、真の粒径により微粒子を容易に分級することが可能となる。そこで、これらの観点から液相中で分級する方法が着目されている。
【０００４】
液相中の微粒子を分級する方法としては、遠心分離を利用する方法が代表的で、遠心分離法には沈降平衡法や沈降速度法などがある。沈降平衡法は、微粒子をその浮游密度の差で分級する方法であり、沈降速度法は、微粒子をその沈降速度の差で分級する方法である。
【０００５】
沈降速度法では各試料粒子は、その粒子固有の沈降速度係数に応じた沈降速度により液相内を沈降し、沈降開始後ある時間だけ経過すると、その沈降速度係数に応じて異なる沈降位置に存在する。試料粒子の沈降速度係数は、試料粒子の密度と実効粒径により決まるが、もし試料密度が同じであれば、試料粒子を実効粒径により分級することが出来ることになる。製造工程や実験室での調製操作においては、同一密度の試料を粒径により分けたいことが多い。
【０００６】
そして、微粒子を回収する方式としては、回分（バッチ）方式と、半連続方式と、完全連続方式の３つの方式がある。回分方式は、チューブやその他の形状の処理容器を用いて、一回の運転毎の対象微粒子を分級処理する方式である。回分方式では、少量ずつの処理しか行えず、かつ（回転開始から加速、一定回転、回転減速そして停止という）一回の運転ごとに条件が微妙に異なってしまうことから、バッチ間で粒径が微妙に異なってしまうという問題がある。
【０００７】
これに対して、半連続方式および完全連続方式では、連続的な運転をすることにより、回分方式よりも試料処理量を増大させることができ、また運転条件を安定させることにより、終始一定の粒径を回収することが可能である。
【０００８】
本願発明者は、遠心ローター内の分離流路にてキャリア液相中の微粒子試料を沈降速度法により、連続的にかつ高分解能で分離する遠心分離方式を用いた微粒子分級方法および装置を開発して提案している（特許文献１を参照）。
【０００９】
特許文献１の微粒子分級方法および装置では、分離流路の入口に、密度勾配材を用いた連続密度勾配形成器を設けて、分離流路内にキャリア液相の溶液密度が遠心ローターの動径方向外側に向かって連続的に増大する連続密度勾配を形成し、原材料の供給および分級した微粒子の回収を完全連続方式により行っている。
【００１０】
特許文献１の方法および装置は、密度勾配材の分子等が分子運動によって拡散するという「自然の摂理」を利用しているもので確実性が高く、密度勾配材の拡散により形成される密度勾配プロファイルを数値シミュレーション等で求めることも難しくない。
【００１１】
この方法および装置に用いられる連続密度勾配形成器は、キャリア液相をローター動径方向に大幅圧縮し、下流側でその動径方向の圧縮を元に戻す構成（密度勾配材の静的拡散促進方式）により、速やかな連続密度勾配（階段状のように、ギクシャクしていない密度勾配）形成を実現するものである。キャリア液相上にこの連続密度勾配が存在することにより、分離流路内における乱流生成が抑えられる（空間的整序性が確保される）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第４２４７３９０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本願発明者は、さらなる鋭意研究の結果、特許文献１の微粒子分級装置と同等もしくはそれ以上の作用効果と実用性を有する微粒子分級装置を見出した。
【００１４】
本発明の目的は、微粒子を沈降速度法により、時間連続的に、かつ効率よく高分解能で分級できる微粒子分級装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決する本発明の微粒子分級装置は、遠心ローター内にてキャリア液相の供給と回収、及び微粒子試料の供給と回収が時間連続的に行われる分離流路で、微粒子試料から分離対象とする微粒子をキャリア液相中において沈降速度法により分離する遠心分離方式を用いた微粒子分級装置であって、分離流路内に分離流路の総断面積を狭める狭窄手段を設けたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の微粒子分級装置によれば、分離流路内に分離流路の総断面積を狭める狭窄手段が設けられているので、狭窄手段でキャリア液相の流通抵抗を発生させることができ、狭窄手段の上流側と下流側とを、流体力学的にバランスした状態から互いに切り離された状態にすることができる。したがって、等しい動径位置において液相密度の不均衡が発生しても、微粒子の沈降分離過程が乱されるのを防ぐことができ、分離流路に形成されるキャリア液相の密度勾配場を安定化させることができる。
【００１７】
本発明の微粒子分級装置は、狭窄手段が、遠心ローターの動径方向に沿った分離流路の流路幅を狭める流路幅狭窄手段と、遠心ローターの回転軸方向に沿った分離流路の流路高さを狭める流路高さ狭窄手段の少なくとも一方を有することが好ましい。
【００１８】
本発明によれば、分離流路の流路幅と流路高さの少なくとも一方を狭めることによって、分離流路内でキャリア液相の流通抵抗を発生させることができる。
【００１９】
本発明の微粒子分級装置は、流路幅狭窄手段が、分離流路を前記動径方向に所定間隔をおいて分割した複数の分割通路を有することを特徴としている。
【００２０】
本発明によれば、流路幅狭窄手段の上流側でキャリア液相に強いる動径方向の位置移動を最小にすることができる。そして、分離通路の数を増加させることによって、キャリア液相が強いられる動径方向の位置移動をなだらかなものとすることができる。
【００２１】
本発明の微粒子分級装置は、複数の分割通路が、分離流路の上流側に形成される開口端部が上流側から下流側に向かって漸次狭窄するテーパ形状を有することを特徴としている。
【００２２】
本発明によれば、分離流路の上流側に形成される開口端部の形状を、上流側から下流側に向かって漸次狭窄するテーパ形状とすることによって、キャリア液相が強いられる動径方向の位置移動をなだらかなものとすることができる。
【００２３】
本発明の微粒子分級装置は、流路高さ狭窄手段が、キャリア液相の供給側である分離流路の上流側からキャリア液相の回収側である分離流路の下流側に移行するにしたがって分離流路の流路高さを漸次狭める傾斜部を有しており、流路幅狭窄手段よりも前記分離流路の上流側に配置されることを特徴としている。
【００２４】
本発明によれば、キャリア液相が強いられる移動をなだらかなものとすることができる。そして、傾斜部が流路幅狭窄手段よりも分離流路の上流側に配置されているので、流路幅狭窄手段に流れ込むキャリア液相の流速を増大させることができ、各分割通路内でキャリア液相が逆流するのを防ぎ、分離流路に形成される密度勾配場の安定化作用を増強することができる。
【発明の効果】
【００２５】
上記構成を有する微粒子分級装置によれば、分離流路内に分離流路の総断面積を狭める狭窄手段が設けられているので、狭窄手段でキャリア液相の流通抵抗を発生させることができ、狭窄手段の上流側と下流側とを、流体力学的にバランスした状態から互いに切り離された状態にすることができる。したがって、等しい動径位置において液相密度の不均衡が発生しても、微粒子の沈降分離過程が乱されるのを防ぐことができ、分離流路に形成されるキャリア液相の密度勾配場を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】微粒子分級装置の分離流路と連続密度勾配形成器の斜視図。
【図２】分離流路と連続密度勾配形成器を遠心ローターに配置した様子を示した図。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図。
【図４】微粒子の大きさによる流路外壁への移動の相異を説明する図。
【図５】連続密度勾配形成器の実施例１を説明する図。
【図６】連続密度勾配形成器の実施例２を説明する図。
【図７】図６の一部拡大図。
【図８】連続密度勾配形成器の実施例３を説明する図。
【図９】図８の一部拡大図。
【図１０】連続密度勾配形成器の実施例４を説明する図。
【図１１】図１０の一部拡大図。
【図１２】実施例４の連続密度勾配形成器をローター回転軸方向の上方から見た図。
【図１３】スリットによるキャリア液相の攪拌作用を説明する図。
【図１４】スリットの構成を説明する正面図。
【図１５】動径方向位置と密度勾配との関係を示すグラフ。
【図１６】本実施の形態における遠心ローターの一例を示す斜視図。
【図１７】ポケット列の一具体例を示す斜視図。
【図１８】図１８は、ポケット列の平面図。
【図１９】ポケット列の他の具体例を示す斜視図。
【図２０】デスポ容器が被せられたブロックの他の一例を断面で示す図
【図２１】図２０のデスポ容器をブロックから取り外して専用スタンドに保持させた状態を断面で示す図。
【図２２】遠心ローターの要部拡大図。
【図２３】図２２のＣ−Ｃ線断面矢視図。
【図２４】エンドブロックを上流側から見た図。
【図２５】第２実施の形態における中間ブロックの一例を示す図。
【図２６】第２実施の形態における中間ブロックの他の一例を示す図。
【図２７】第２実施の形態における中間ブロックの他の一例を示す図。
【図２８】第２実施の形態における中間ブロックの他の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
＜第１実施の形態＞
次に、本実施の形態について以下に図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態における微粒子分級装置の分離流路と連続密度勾配形成器を示す斜視図、図２は、分離流路と連続密度勾配形成器を遠心ローターに配置した様子を示した図、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。
【００２８】
本実施の形態における微粒子分級装置及び方法は、遠心ローター２内にてキャリア液相の供給と回収、及び微粒子試料の供給と回収が時間的に連続で行われる分離流路で、微粒子試料から分離対象とする微粒子をキャリア液相中において沈降速度法により分離する遠心分離方式を用いたものである。
【００２９】
本実施の形態における微粒子分級装置１は、上下を回転自在に支持された遠心ローター２と、遠心ローター２を高速で回転駆動させる駆動モータ（図示せず）を有している。
【００３０】
遠心ローター２は、回転軸に沿って回転軸両端から回転シールなどにより複数の流路が接続されており、これら複数の流路を介して、キャリア液相や微粒子試料の供給と、分級後のキャリア液相や微粒子の回収が行われる。
【００３１】
遠心ローター２内には、図１及び図２に示すように、遠心ローター２の周方向に沿って円弧状に延在する分離流路３が設けられており、その分離流路３の上流部に連続密度勾配形成器４が連結された構造を有している。
【００３２】
分離流路３は、図２に示すように、上流側から下流側に向かってキャリア液相を流すことができるようになっている。例えば、図３に示すように、閉断面形状を有しており、所定の高さ幅を有して回転中心を中心として湾曲する流路内壁（分離流路３の動径方向内側の流路壁）３ａと、該流路内壁３ａの径方向外側に対向する流路外壁（分離流路３の動径方向外側の流路壁）３ｂと、流路内壁３ａの上端部と流路外壁３ｂの上端部との間に亘って平面状に延在する上面壁３ｃと、流路内壁３ａの下端部と流路外壁３ｂの下端部との間に亘って平面状に延在する下面壁３ｄを有する。
【００３３】
連続密度勾配形成器４は、分離流路３の上流部に連結されており、キャリア液相に溶解している溶質（密度勾配材と呼ばれる）の濃度を変えることにより、液相密度の制御を行う。連続密度勾配形成器４の上流部（入口）には、例えば図２に示すように２本またはそれ以上の液相供給チューブが接続され、これらの液相供給チューブを通して、異なるバルク密度を持つ少なくとも２以上の密度勾配材溶液が連続的に供給される（キャリア液相供給手段）。例えば、動径方向内側にバルク密度の低いキャリア液相が供給され、動径方向外側にバルク密度の高いキャリア液相が供給される。バルク密度は２種類に限定されるものではなく、３種類以上であってもよい。
【００３４】
連続密度勾配形成器４の下流部からは、遠心ローター２の動径方向ｒの変化方向、すなわち、動径方向外側に向かって連続的に増大する密度勾配（連続密度勾配）を持つキャリア液相が出てくることになる。連続密度勾配形成器４は、キャリア液相の連続密度勾配を形成する（不連続な密度変化を必要なだけ滑らかにする）のに必要な長さをローター円周方向（流れの方向）に有する。
【００３５】
連続密度勾配形成器４は、連続密度勾配形成器４の上流部から、密度の異なる二種類のキャリア液相が連続的に供給されると、連続密度勾配形成器４を通過する間に、これら二種類のキャリア液相を互いにマージして、動径方向の密度勾配について平坦な部分が存在しない様態に転換して連続密度勾配を形成し、その連続密度勾配を有するキャリア液相を分離流路３の上流部に時間連続で供給する。連続密度勾配形成器４の内部構成については、後述する。
【００３６】
分離流路３の上流部には、分離流路３内に微粒子試料を注入する試料注入ポート５が設けられている。試料注入ポート５は、分離流路３の上流部で且つ流路内壁３ａの近傍に配置されている。
【００３７】
試料注入ポート５は、本実施の形態のように微粒子Ｐがキャリア液相より重い沈降モードでは分離流路３の流路内壁３ａに近い位置に配置されるが、微粒子Ｐがキャリア液相より軽い浮上モードでは分離流路３の流路外壁３ｂに近い位置に配置される。試料注入ポート５は、試料供給チューブを介して試料ポンプ（図示せず）に接続されており、微粒子Ｐを含む試料液からなる微粒子試料を分離流路３の上流部に連続的に供給するようになっている。
【００３８】
分離流路３の上流部から時間連続で供給されたキャリア液相と微粒子試料は、高速回転している遠心ローター２の分離流路３内を上流側から下流側に向かって数分から数十分かけて移動する。
【００３９】
図４は、図２と同じ方向から遠心ローター２内の分離流路３を眺めた原理説明図であり、簡単のために直交座標系により表示したものである。図の上方にローター回転軸が位置し、縦軸方向上方から下方に向かう方向である動径方向外側に向かって遠心力が作用している。
【００４０】
キャリア液相は、連続密度勾配形成器４によって動径方向の密度勾配について平坦な部分が存在しない様態に転換されて連続密度勾配とされた状態で分離流路３内を上流から下流に時間連続で流れており、試料注入ポート５から微粒子試料が時間連続で供給される。
【００４１】
試料注入ポート５から分離流路３内に注入された微粒子試料の微粒子Ｐは、分離流路３内を流れるキャリア液相と共に上流から下流に移動し、かつ、遠心力によって分離流路３内を動径方向に移動する。そして、分離流路３を移動する間に、粒径の大きい微粒子Ｐほど外方へ速やかに沈降して分離流路３の流路外壁３ｂに到達する。
【００４２】
微粒子Ｐの回収は、時間連続的に行われ、例えば、分離流路３に設けられた目的試料回収ポート６から目的の大きさを有する微粒子を回収する完全連続方式としてもよく、また、分離流路３の下流部に設けられた液相（及び微粒子のその他の画分）回収ポートからキャリア液相を回収しながら流路外壁３ｂに沈積させた微粒子Ｐを遠心ローター２の回転停止後に回収する半連続方式としてもよく、また、完全連続方式と半連続方式の両方を採用してもよい。
【００４３】
目的試料回収ポート６は、例えば図４に示すように、１カ所で済ませる方式も可能であり、また、複数箇所に設けることもできる。試料注入ポート５と目的試料回収ポート６は、沈降（又は浮上）距離に関する微粒子Ｐ毎の差異を小さくするために、動径方向に狭い幅（小さいΔｒ）を有している。
【００４４】
次に、連続密度勾配形成器４の構成について図５から図１５を用いて説明する。
連続密度勾配形成器４は、図５等に示すように、上流側から下流側に向かってキャリア液相が流れる流路部１１と、流路部１１内を流れるキャリアを攪拌させる攪拌手段１２を有する。攪拌手段１２は、流路部１１内を流れるキャリア液相の流れエネルギーの一部を攪拌エネルギーに変換して、密度勾配材の拡散を能動的に促進させることで、キャリア液相の動径方向の密度勾配を階段状のもの（キャリア液相の動径方向の密度勾配について平坦な部分が存在する様態）から連続状のもの（キャリア液相の動径方向の密度勾配について平坦な部分が存在しない様態）に速やかに転換する構成を有している。
【００４５】
攪拌手段１２は、流路部１１をキャリア液相が流れる方向に対して垂直な平面で切った流路断面内において、キャリア液相の流れをブロックする部分と、キャリア液相が通過可能な部分とを有し、通過しようとするキャリア液相に不均一な作用を及ぼす不均一構造を有する。この不均一構造によって、キャリア液相は、流路断面内に構造物が何も存在しない場合と比較して、流路断面内のどの位置を通過しようとするかに依存して、ブロックされたり、あるいは通過を許されたりという具合に、攪拌手段１２によって顕著に異なる作用を受ける。
【００４６】
例えば、攪拌手段１２は、流路部１１内を上流側と下流側に仕切る仕切部と、仕切部に動径方向に所定間隔をおいて設けられたキャリア液相が通過可能な通過部とを有しており、通過部を通過する際にキャリア液相の流れが乱れるのを利用してキャリア液相を攪拌させるように構成されている。
【００４７】
このような不均一構造について、仕切部でキャリア液相の流れを完全にブロックし、通過部でキャリア液相を自由に通過させるという構造は同じでも、例えば、仕切部に対する通過部の流路断面に占める面積比（開口率に相当）を小さくすることで、不均一性をさらに大きくすることができる。それは、仕切部では流速が０となるのに対して、通過部での流速は、開口率が小さくなるほど大きくなる、すなわち、それだけ、仕切部と通過部との間のコントラストが大きくなる結果として理解できる。
【００４８】
図５は、連続密度勾配形成器の実施例１を示す図である。連続密度勾配形成器４の流路部１１は、分離流路３とほぼ同一の断面形状を有しており、説明の便宜上、図５では、上面壁を省略して示している。
【００４９】
例えば、図５に示す実施例１の連続密度勾配形成器４は、流路部１１内において、複数の棒状部材である丸棒（円柱）１３を動径方向に所定間隔をおいて並べて、その動径方向に並べられた複数本の丸棒１３を一組とし、複数の組がキャリア液相の流れ方向に所定間隔をおいて連続するように設けられている。そして、上流側と下流側に対向する各組の丸棒１３同士の位置が、キャリア液相の流れ方向に重ならないように、動径方向に互い違いに配置されている。
【００５０】
したがって、これらの動径方向に並べられた複数本の丸棒１３によって流路部１１内が上流側と下流側に仕切られて仕切部が形成され、各丸棒１３の間に形成された間隙によって通過部が形成される。この連続密度勾配形成器４によれば、各丸棒１３の間にキャリア液相を通過させることによって、丸棒１３の軸方向に直交する方向に選択的に攪拌を引き起こさせることができる。
【００５１】
したがって、流路部１１の流路方向の長さが短くても、流路部１１内を流れるキャリア液相を動径方向に十分に攪拌することができ、動径方向の密度勾配を階段状のものから連続状のものに速やかに転換して連続密度勾配を形成することができる。
【００５２】
図６は、連続密度勾配形成器の実施例２を示す図であり、流路部内をローター回転軸方向の上方から見たものである。そして、図７は、図６の一部を拡大して示す図である。
【００５３】
図６に示す実施例２の連続密度勾配形成器４は、複数の丸棒１３を図５に示すものよりも密に並べた構成を有している。複数の丸棒１３を密に並べた構造の方が、図７に示すように、各丸棒１３の間を通過する際のキャリア液相の攪拌が、動径方向においてより多く行われ、動径方向の混合を積極的に促進させることができる。なお、各丸棒１３は、流路部１１のカーブに対応するために、動径方向外側に向かって移行するにしたがって、丸棒１３の径が太くなるように形成されている。なお、実施例１、２では、棒状部材の例として丸棒の場合を例に説明したが、丸棒に限定されるものではなく、断面が正四角形、正六角形、正八角形等の角棒など、他の棒形状でもよい。
【００５４】
図８は、連続密度勾配形成器の実施例３を示す図、図９は、図８の一部拡大図である。図８に示す実施例３の連続密度勾配形成器４は、流路部１１内を上流側と下流側に仕切る仕切板２１を有しており、その仕切板２１には、動径方向に所定間隔をおいて円形孔（穴部）２２が設けられている。
【００５５】
円形孔２２は、流路部１１の流路幅Ｗ及び流路高さＨの方向に所定間隔をあけて複数個が設けられている。仕切板２１は、動径方向に沿って延在するように配置されており、流路部１１の流れ方向に所定間隔をあけて複数枚が設けられている。
【００５６】
上記構成を有する実施例３の連続密度勾配形成器４によれば、円形孔２２にキャリア液相を通過させることによって、図９に示すように、円形孔２２から孔径方向外側に向かって全方向に均等に攪拌を引き起こさせることができる。したがって、流路部１１の流路方向の長さが短くても、流路部１１内を流れるキャリア液相を動径方向に十分に攪拌することができ、動径方向の密度勾配を階段状のものから連続状のものに速やかに転換して連続密度勾配を形成することができる。
【００５７】
したがって、連続密度勾配形成器４の長手方向の長さを短くすることができ、その分だけ分離流路３の長さを長く取ることができるなど、ローター寸法上の制約を緩和することができる。また、図５〜図７に示す丸棒１３を用いた攪拌方法（実施例１、２）と比較して、流路部１１の空隙部分の実体積が減少する割合が少なく、流路部１１内における流れの線速度の上昇を抑制することができる。そして、丸棒１３よりも、シンプル且つ頑丈な構造（耐遠心力性）とすることができる。
【００５８】
図１０は、連続密度勾配形成器の実施例４を示す図、図１１は、図１０の一部拡大図、図１２は、実施例４の連続密度勾配形成器をローター回転軸方向の上方からみた図である。そして、図１３は、スリットによるキャリア液相の攪拌作用を説明する図、図１４は、スリットの構成を説明する図である。
【００５９】
図１０に示す実施例４の連続密度勾配形成器４は、図８および図９に示す円形孔２２の代わりに、仕切板２１にスリット（穴部）２３を設けたものである。スリット２３は、図１０および図１４に示すように、動径方向に直交する方向（ローター回転軸方向と平行）に延在する形状を有し、複数本が動径方向に所定間隔をあけて配置されている。スリット２３は、キャリア液相を通過させることによって、図１１および図１３に示すように、スリット２３からスリット２３の長手方向と垂直な方向に攪拌を引き起こさせることができる。
【００６０】
したがって、攪拌が求められている動径方向（遠心力方向）に選択的に攪拌を引き起こさせることができ、実施例３の円形孔２２と比較して、より少ない流通抵抗で攪拌させることができる。したがって、仕切板２１により発生する流通抵抗を抑えつつ、動径方向に十分な攪拌力を発生させることができる。
【００６１】
キャリア液相は、図１３に示すように、動径方向に隣り合う２つのスリット２３、２３を通過すると、動径方向に沿って互いに接近する方向に流れて、スリット２３の長手方向と垂直な方向に攪拌を引き起こさせる。したがって、キャリア液相の動径方向の攪拌を更に促進させることができる（キャリア液相の運動に対するコリオリ力による）。  
【００６２】
仕切板２１の外形寸法は、主として、分離流路３の断面寸法で決まる。流れの線速度（システム全体としての運動方針で決まる）と、図１４に示す各パラメータａ〜ｄ（特定寸法）等により、仕切板１枚当たりの攪拌（液相マージ）効率、流通抵抗、構造強度などが決まる。
【００６３】
例えば、全長９０ｃｍの分離流路３を３０分という時間をかけてキャリア液相がゆっくりと流れる場合、分離流路３での流速は０．５ｍｍ／秒である。したがって、仮に、連続密度勾配形成器４が、幅０．２ｍｍのスリット２３を動径方向に４ｍｍ間隔で並べた仕切板２１を有する場合、開孔率は（孔面積の合計／仕切板面積）は５％以下になり、キャリア液相がスリット２３を通過する際の流速は、１０ｍｍ／秒以上になる。もしこれで、連続密度勾配形成器４による擾乱の起き方が足りないという場合には、動径方向のスリット間隔ｄを更に大きくするか、スリット幅ｂを狭くすることにより、更に擾乱させることができる。
【００６４】
なお、実施例４では、図１４に示すように、スリット２３がローター回転軸方向に３段に分けられた場合を例に説明したが、この実施例に限定されるものではなく、例えば、遠心力が作用する下でのスリットの歪みが所定範囲内に収まる構造強度が得られるのであれば、２段に分ける構成や、上下に分けることなく上端と下端との間に亘って延在する構成としてもよい。
【００６５】
このように、実施例４の連続密度勾配形成器４によれば、流路部１１の流路方向の長さが短くても、流路部１１内を流れるキャリア液相を動径方向に十分に攪拌することができ、動径方向の密度勾配を階段状のものから連続状のものに速やかに転換して連続密度勾配を形成することができる。
【００６６】
したがって、実施例３と比較して、キャリア液相のマージをより効果的に実現でき、連続密度勾配形成器４の長手方向の長さを更に短くすることができる。また、図４及び図５に示す丸棒１３を用いた攪拌方法と比較して、流路部１１の空隙部分の実体積が減少する割合が少なく、流路部１１内における流れの線速度の上昇を抑制することができる。そして、丸棒１３よりも、シンプル且つ頑丈な構造（耐遠心力性）とすることができる。
【００６７】
なお、実施例３、４の仕切板２１は、流路部１１内に着脱自在に設けられており、例えば仕切板２１の抜き差しにより、仕切板２１の枚数、円形孔２２やスリット２３の大きさ、幅、数、分布などのパラメータを自由に調整できる。このパラメータ調整機能により、密度勾配の深さなど、分離条件の最適化を容易に行うことができる。
【００６８】
また、上述の各実施例において、丸棒１３の太さ、形状、本数、動径方向における配置間隔、あるいは、仕切板２１の円形孔２２やスリット２３の大きさ、幅、数、分布の少なくとも一つを、流路部１１内の流れ方向における配置位置に応じて変更することができる。
【００６９】
例えば、連続密度勾配形成器４に供給されるキャリア液相が２種類の場合を例に説明すると、連続密度勾配形成器４の上流部分（２つのキャリア液相のマージ過程が始まって間もなくの部分）においては、流路部内の動径方向中間位置に急峻な液相密度の勾配が存在する。このような液相密度の勾配が急峻な部位で拡散促進を図るには、一般に強い攪拌力が要求される。
【００７０】
一方、動径方向外側の流路外壁３ｂ付近及び動径方向内側の流路内壁３ａ付近では、液相密度は、ほとんどフラットであり、このような部位でキャリア液相を攪拌しても拡散を促進することにならないので意味がない。
【００７１】
そこで、連続密度勾配形成器４の上流部分においては、仕切板２１の穴部（円形孔２２やスリット２３）などの攪拌力発生部位を、キャリア液相の密度勾配が急峻となる位置である流路部の動径方向中間位置などにしかるべく集中して設けることによって、効率よく連続密度勾配を形成することができる。
【００７２】
本実施の形態の微粒子分級装置１は、流れのエネルギーの一部を攪拌のエネルギーに変換して利用するという原理に基づくものであり、攪拌エネルギーには限りがある。したがって、上記したように攪拌エネルギーが必要なところに攪拌力発生部位を集中して配置することによって、連続密度勾配を形成する効率を上げることができる。
【００７３】
次に、粒径分布の広い微粒子試料からシャープな粒径分画を高い回収率で回収する方法について説明する。
連続密度勾配形成器４の下流部には、図６、図１２に示すように、流路部１１内を動径方向内側と外側に仕切る隔壁部２４が設けられている。隔壁部２４は、試料注入ポート５から上流側に向かって、連続密度勾配形成器４の流路部１１の途中位置まで空間的に連続しており、流路部１１のローター回転軸方向に亘って隙間なく仕切っており、この区間における動径方向の物質移動を遮断している。
【００７４】
したがって、隔壁部２４を間に介して径方向内側と径方向外側との間に亘る流路部１１内のキャリア液相の攪拌が隔壁部２４の上流端から下流端（試料注入ポートの位置）まで遮断され、試料注入位置において密度勾配の段差を生じさせることができる。
【００７５】
図１５は、動径方向位置と密度勾配との関係を示すグラフであり、図１５に実線で示す密度勾配プロファイルは、隔壁部２４が設けられている場合に生じる密度勾配を示し、図１５に点線で示した密度勾配プロファイルは、隔壁部２４が設けられていない場合に生じる密度勾配を示している。
【００７６】
この隔壁部２４を設けることによって、図１５に実線で示すように、試料注入位置におけるキャリア液相のバルク密度の許容範囲を広げることができる。したがって、微粒子試料のバルク密度と試料注入位置におけるキャリア液相のバルク密度を容易に一致させることができ、微粒子試料のバンド幅の幅広化を防ぐことができる。したがって、試料注入ポートの動径方向幅を沈降距離に比して十分に狭くすることができ、粒径分布の広い原試料から、非常にシャープな粒径画分を高い回収率で回収することができる。
【００７７】
上記構成を有する連続密度勾配形成器４によれば、微粒子試料を分散担持しているキャリア液相の流れのエネルギーを密度勾配材の能動的拡散過程に転換・利用することができ、より短い距離で連続密度勾配を形成することができる。したがって、外形寸法をコンパクトに保つことができ、装置全体のデザインの融通性を大幅に向上させることができる。
【００７８】
次に、本実施の形態における微粒子Ｐの回収方法について説明する。
微粒子Ｐの回収は、分離流路３に設けられた目的試料回収ポート６から目的の大きさを有する微粒子Ｐを回収する完全連続方式と、分離流路３の下流部に設けられた液相回収ポートからキャリア液相を回収しながら流路外壁３ｂに沈積させた微粒子Ｐを遠心ローター２の回転停止後に回収する半連続方式の両方を採用している。
【００７９】
そして、半連続方式として、分離流路３の流路外壁３ｂに、窪みであるポケットを凹設して、流路外壁３ｂに到達した微粒子Ｐをポケットに収容し、回収する方式を採用している。
【００８０】
図１６は、本実施の形態における遠心ローターの一例を示す斜視図である。上述の実施例で説明した構成と同様の構成には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。
【００８１】
遠心ローター３０は、ローター本体３１と蓋体４１を有している。ローター本体３１は、例えばアルミニウム合金等の金属製材料によって構成された所定の厚みを有する円盤形状を有しており、その上面には、凹溝３２が凹設されている。凹溝３２は、遠心ローター３０の回転中心を中心として周状に形成されている。
【００８２】
蓋体４１は、例えばアクリルあるいはガラスなどの透明の板材であって所定の板厚を有する円板からなり、ローター本体３１の上面に重ね合わせることで凹溝３２の上方を閉塞し、本体と協働して遠心ローター３０内に分離流路３を形成する構成を有している。
【００８３】
ローター本体３１の上面には、凹溝３２よりも外周側と内周側にそれぞれシール溝が凹設されて、小径のＯリング３３と大径のＯリング３４が装着されており、蓋体４１と密接してシールするようになっている。
【００８４】
凹溝３２の上流部には、上述の実施例４に対応する連続密度勾配形成器４が設けられており、その連続密度勾配形成器４の下流側に分離流路３が形成されている。特に図示しないが、蓋体４１には、凹溝３２の上流部で連続密度勾配形成器４の上流側にキャリア液相を供給するための供給口と、凹溝３２の下流部でキャリア液相を回収するための回収口が設けられている。
【００８５】
連続密度勾配形成器４は、実施例４の構成に限定されるものではなく、実施例１〜３の構成や、動的拡散促進型の他、静的拡散促進型のものを採用してもよい。
【００８６】
分離流路３は、上流部に試料注入ポート５が取り付けられ、下流部に目的試料回収ポート６が取り付けられている。そして、分離流路３の流路外壁３ｂには、特徴的な構成であるポケット列３５Ａが設けられている。
【００８７】
ポケット列３５Ａは、複数のポケット３５を、流路方向に所定間隔をおいて並ぶように配設することによって形成されている。ポケット３５は、流路外壁３ｂから動径方向に所定深さだけ窪んだ井戸形状を有しており、流路外壁３ｂに到達した微粒子を収容可能な大きさを有している。
【００８８】
図１７は、ポケット列の一具体例を示す斜視図であり、図１８は、ポケット列の平面図、図１９は、ポケット列の他の具体例を示す斜視図である。
【００８９】
分離流路３は、凹溝３２の動径方向外側の溝壁面に円弧状のブロック３６を嵌め込むことができるように構成されている。ブロック３６は、ローター本体３１に着脱可能に取り付けられて、分離流路３の流路外壁３ｂの一部を構成する。ブロック３６には、複数のポケット３５が設けられている。各ポケット３５は、ブロック３６をローター本体３１に取り付けた状態で、分離流路３の流れ方向に所定ピッチをもって配設されてポケット列３５Ａを形成するように、ブロック３６の表面に形成されている。ポケット列３５Ａは、分離流路３の上流部から下流部まで連続して配置されている。
【００９０】
図１７に示すポケット３５は、遠心ローター３０の回転中心軸線に沿った方向（凹溝３２の深さ方向）に延在する溝形状を有しており、一つのブロックに９列設けられている。そして、図１９に示すポケット３５は、その溝内をさらに回転中心軸線に沿った方向に区画した複数の収容室３５ａを形成する形状を有しており、一つのブロックに９列７段の合計３６個の収容室３５ａが設けられている。
【００９１】
各ポケット３５は、図１８に示すように、流路外壁３ｂに到達した微粒子Ｐをポケット３５内に沈降させて収容し、その場所に留まらせることができ、流路方向等に移動するのを防ぐことができる。
【００９２】
このように、複数のポケット３５を分離流路３の流路方向に並べたポケット列３５Ａを配置することによって、粒径に応じて分離展開された多くの分画を同時並行的に受け止めて回収する多数分画同時回収が可能となる。したがって、分解能を落とすことなく、少ない試料損失で、かつ一度に、粒径値が少しずつ異なる（しかし分画同士の重なりは少ないシャープな）多数の分画を得ることが可能となる。
【００９３】
そして、図１９に示すポケット３５によれば、遠心ローター３０の回転中心軸線に沿った方向に区画した複数の収容室３５ａを有しているので、分離流路３内で遠心ローター３０の回転中心軸線に沿った方向の位置（凹溝３２の深さ方向位置）により微粒子Ｐの分級条件に差異が生じたとしても、また、その差異の発生状況が試料粒子や分離条件により異なるとしても、差異に応じた微粒子Ｐを各収容室３５ａに収容でき、容易に対応出来る。また、分離流路３と各収容室３５ａとの間での液相運動のデカップリングがより確実になる。
【００９４】
また、ポケット３５が設けられているブロック３６を凹溝３２の溝壁面に嵌め込む構造を有するので、ブロック３６の交換によって、各ポケット３５の大きさや形状等の仕様を容易に変更できる。したがって、ローター本体３１を変更することなく、回収分画の刻みの細かさを容易に調整できる。また、試料の回収やポケット３５のクリーニング、装置のメンテナンスが容易になる。したがって、多数の試料分画を同時に扱うことになる場合の、試料のハンドリングを含めたトータルとしての操作性を向上させることができる。
【００９５】
なお、複数のポケット３５によりポケット列３５Ａを形成することによって流路外壁３ｂが滑らかな曲面ではなくなるが、沈降が起こる分離場の整序性は、連続密度勾配により守られているので、ポケット列３５Ａによって分離流路３内に擾乱が発生したとしても沈降過程にまで影響することはない。
【００９６】
ポケット３５を設ける箇所は、分離流路３の流路外壁３ｂに限定されず、流路外壁３ｂの代わりに流路内壁３ａに設ける、あるいは流路外壁３ｂと流路内壁３ａの両方に設けてもよい。例えば、キャリア液相よりも密度が小さい微粒子を含む微粒子試料を遠心分離すると、その微粒子は沈降せず浮上する（浮上分離という）。原理的には、沈降分離と全く同じである。したがって、流路内壁３ａにポケットを設けて、浮上分離により流路内壁３ａに到達した微粒子を、そのポケット内に収容することもできる。
【００９７】
また、ポケット３５の表面に樹脂製などのデスポ容器を取り外し可能に被せて、試料の回収や整理・保存、ブロック３６のクリーニング、装置のメンテナンスなどの操作性をさらに向上させてもよい。デスポ容器を使用することによって、ポケット３５からの試料の掻き出しや器壁のクリーニング等の作業を不要にでき、作業効率を向上させることができる。また、ブロック３６やデスポ容器の形状を自由に設定することができ、成型等が容易になる。そして、製造上の都合によるブロック３６の切れ目に対応でき、クロスコンタミを防止できる。
【００９８】
デスポ容器３７は、例えば図１７や図１９に示すポケット３５の表面形状に一致する形状の他に、例えば図１７に示す溝形状を有するポケット３５の表面に被せた場合に、ポケット３５内を、遠心ローター３０の回転中心軸線に沿った方向（凹溝３２の溝深さ方向）に区画して複数の収容室を形成する形状としてもよい。
【００９９】
図２０は、デスポ容器が被せられたブロックの他の一例を断面で示す図、図２１は、図２０のデスポ容器をブロックから取り外して専用スタンドに保持させた状態を断面で示す図である。
【０１００】
この実施例では、ポケット３５の溝幅が底方向（動径方向）に移行するにしたがって漸次狭くなる形状を有している。そして、ポケット３５の入口部において、液相流れ方向Ｆ上流側に位置する一部壁面３６ａが平面状に面取りされた形状を有しており、上流側から流れてきた微粒子Ｐを入口部からポケット３５内に積極的に導き入れるようになっている。デスポ容器３７は、ポケット３５の表面に隙間なく被せられている。
【０１０１】
そして、図２１に示すように、デスポ容器３７をブロック３６から取り外して専用スタンド３８に保持させることで、各収容室３７ａに収容した微粒子Ｐの回収を容易なものにすることができる。また、フッ素ゴムなどで裏打ちした蓋で抑えることで、収容室３７ａ内の気密性を保持でき、デスポ容器３７が遠心で変形しても収容できる。
【０１０２】
なお、ポケット３５やデスポ容器３７の収容室３７ａからの試料の回収は、専用治具で掻き取る、あるいは、スポイトで液相を噴入して、液相に試料を懸濁させて吸入するなどの方法により行われる。
【０１０３】
遠心ローター３０は、分離流路３の流路外壁３ｂに設けられたポケット列３５Ａにより、試料の回収を集積的に行うので、回収試料の粒径分布を精密評価できる。遠心ローター３０は、図１６に示すように、複数のブロック３６が、試料注入ポート５の近傍位置から目的試料回収ポート６の近傍位置に亘って連続して配置されており、分離流路３における分離条件が安定化されている。
【０１０４】
完全連続方式あるいは半連続方式の場合、粗大粒子が分離流路３の流路外壁３ｂに沈積するので、分離流路３の実効流路幅が次第に狭くなるという問題があった。試料を乗せたキャリア液相が流れる線速度は、分離流路３に注入する体積流速で制御することから、実効流路幅が狭くなるということは流れの線速度の増大を意味し、連続運転の間に分離条件が変化することになる。流路外壁３ｂへの沈積は、特に、分離流路３の流路幅が狭い場合に影響が大きく、粒径分布の精密評価に影響を与えるおそれがある。
【０１０５】
これに対して、本装置では、分離流路３の上流部から下流部に亘ってポケット列３５Ａを設けているので、分離流路３に沈積物が発生しても、それは各ポケット３５に落とし込まれ、分離流路３の実効断面積は変化しない。そして、沈積物が発生した場合、そのことによりキャリア液相から固相が失われることになるが、それと交換に、失われた固相の体積とちょうど等しい体積の液相がポケット３５の内部から涌き出てくるので、移動相全体の体積は変らない。
【０１０６】
したがって、分離流路３の実効流路幅が常に一定に保たれて、分離流路３における分離条件が安定化されており、連続運転の間に分離条件が変化するのを防ぐことができ、精密分級を行うことができる。
【０１０７】
なお、上記した実施の形態では、ポケット列３５Ａを微粒子Ｐの回収に用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えばポケット列３５Ａを試料の回収には用いず、上記した分離条件の安定化のためだけに用いてもよい。また、完全連続型の試料回収方式において、ポケット列３５Ａを分離条件の安定化と微粒子の回収の両方に使用することもできる。
【０１０８】
本実施の形態における微粒子分級装置によれば、分離流路３の動径方向外側に位置する流路外壁３ｂに、微粒子試料から分離された微粒子Ｐを収容可能なポケット３５が設けられているので、粒径別に流路外壁３ｂに到達した微粒子Ｐをそのままポケット３５に収容して、その場所に留まらせることができ、流路方向等に移動するのを防ぐことができる。したがって、遠心ローター３０の回転停止後にポケット３５から微粒子Ｐを回収することによって、精密に分級された所望の粒径を有する微粒子Ｐを取得することができる。
【０１０９】
また、上記した実施の形態では、１台の微粒子分級装置を用いた微粒子分級方法について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば微粒子分級装置を２台用いて、第１の微粒子分級装置で微粒子の分離を行う第１分級処理と、第２の微粒子分級装置で微粒子の分離を行う第２分級処理とを交互に行う方法を採用してもよい。
【０１１０】
例えば、第１分級処理中に、第２の微粒子分級装置のポケットから微粒子を回収して、第２の微粒子分級装置を、遠心ローターが一定回転数で回転され、かつ、キャリア液相が一定流速で供給されるスタンバイ状態とする工程と、微粒子試料の供給先を第１の微粒子分級装置から第２の微粒子分級装置に切り替えて、第２分級処理を行う工程と、第２分級処理中に、第１の微粒子分級装置のポケットから微粒子を回収して、第１の微粒子分級装置をスタンバイ状態とする工程と、微粒子試料の供給先を第２の微粒子分級装置から第１の微粒子分級装置に切り替えて、第１分級処理を行う工程とを、順番に繰り返し行う。これにより、時間的に完全連続モードで運転でき、かつ、微粒子の高い分離精度を維持することができる。
【０１１１】
例えば、バッチ運転の場合、運転始めに遠心ローターの加速過程、運転終わりに遠心ローターの減速過程が存在し、これらの部分での遠心条件を厳密に再現することが困難であった。しかし、整定（定速）回転の部分だけであれば、回転速度を検出してフィードバックする機構内の計時機能の精度が極めて高いことから、高い精度で回転数の再現が可能である。また、第１の微粒子分級装置と第２の微粒子分級装置との間で、遠心ローターの幾何学的寸法を高い精度で揃えることや、第１の微粒子分級装置用のキャリア液相送液ポンプの流速と第２の微粒子分級装置用のキャリア液相送液ポンプの流速を事前に相互校正しておくことも可能である。また、一つのキャリア液相ポンプを切り替えて第１の微粒子分級装置と第２の微粒子分級装置で使用することも可能である。このように、第１の微粒子分級装置と第２の微粒子分級装置の間の分離条件を高い精度で揃えることが可能である。あるいは、第１の微粒子分級装置の試料と第２の微粒子分級装置の試料を別々に回収してもよい。以上のやり方により、第１の微粒子分級装置と第２の微粒子分級装置との間の試料分離条件を厳密に揃える必要もなくなる。
【０１１２】
なお、上述の実施例（以下、濃度の実施例）では、キャリア液相に溶解している密度勾配材の濃度を変えることにより、キャリア液相中に密度勾配を形成するものを例に説明したが、他の実施例（以下、温度の実施例）として、キャリア液相中に温度勾配を形成することによって、キャリア液相中に密度勾配を形成する構成としてもよい。具体的には、連続密度勾配形成器の上流側、あるいは、入口部（上流部）において、濃度の実施例における異なる濃度の密度勾配材の代わりに、温度の異なる少なくとも２以上のキャリア液相を供給して、動径方向への熱拡散を促進させる構成とする。濃度の実施例では、密度勾配材の輸送が液相分子の移動と並行して起こるのに対して、温度の実施例では、熱輸送が液相分子の移動と並行して起こる。
【０１１３】
温度の実施例では、連続密度勾配形成器４の上流部（入口）に接続された２本またはそれ以上の液相供給チューブを通して、互いに温度の異なる少なくとも２以上のキャリア液相を連続的に供給する（キャリア液相供給手段）。例えば、遠心ローター２の回転中心側、すなわち、動径方向内側には高温のキャリア液相を供給し、遠心ローター２の回転外側、すなわち、動径方向外側には、低温のキャリア液相を供給する。
【０１１４】
連続密度勾配形成器４は、攪拌手段１２により、流路部１１内を流れるキャリア液相の流れを利用してキャリア液相の能動的攪拌を行う。攪拌手段１２は、キャリア液相との流れエネルギーの一部を攪拌エネルギーに変換して、キャリア液相の動径方向への熱拡散を能動的に促進させる動的拡散促進方式により連続密度勾配を形成する。
【０１１５】
したがって、連続密度勾配形成器４の下流部からは、遠心ローター２の動径方向外側に向かって連続的に増大する密度勾配（連続密度勾配）を持つキャリア液相が出てくることになる。
【０１１６】
このように、連続密度勾配形成器４は、連続密度勾配形成器４の上流部から、動径方向に温度の異なる二種類のキャリア液相が連続的に供給されると、連続密度勾配形成器４を通過する間に、これら高温と低温の二種類のキャリア液相を互いにマージして、キャリア液相の動径方向に温度勾配を形成し、動径方向の密度勾配について平坦な部分が存在しない連続密度勾配を形成し、その連続密度勾配を有するキャリア液相を分離流路３の上流部に時間連続で供給することができる。
【０１１７】
上述した温度の実施例によれば、密度勾配材を用いる必要がないので、試料の分級後に密度勾配材を除去する作業を省略でき、試料処理工程の簡素化を図ることができる。そして、経済性、および、環境への優しさを向上させることができる。
【０１１８】
上述の濃度と温度の実施例では、バルク密度の異なる２種類のキャリア液相を連続密度勾配形成器４の上流部分に供給する場合と、高温と低温の２種類のキャリア液相を連続密度勾配形成器４の上流部分に供給する場合を例に、それぞれ説明したが、キャリア液相の種類は、２種類に限定されず、３以上であってもよい。
【０１１９】
また、上述の濃度の実施例では、動径方向内側にバルク密度の低いキャリア液相を供給し、動径方向外側にバルク密度の高いキャリア液相を供給する場合を例に説明し、上述の温度の実施例では、動径方向内側に高温のキャリア液相を供給し、動径方向外側に低温のキャリア液相を供給する場合を例に説明したが、各キャリア液相を供給する場所は、連続密度勾配形成器４の上流部分であればよく、特に限定されるものではない。
【０１２０】
機械的にどのような位置に供給しても、強大な遠心力によって密度の高いものは動径方向外側に自動的に移動して連続密度勾配が形成される。また、動径方向内側にバルク密度の低いキャリア液相あるいは低温のキャリア液相を供給し、動径方向外側にバルク密度の高いキャリア液相あるいは高温のキャリア液相を供給して、動径方向の位置を交換するように移動させて連続密度勾配を形成することもできる。
【０１２１】
図２２は、遠心ローターの要部拡大図、図２３は、図２２のＣ−Ｃ線断面矢視図、図２４は、エンドブロックを上流側から見た図である。
【０１２２】
微粒子分級装置１は、分離流路３内に、分離流路３の総断面積を狭める狭窄手段が設けられている。本実施の形態では、狭窄手段は、分離流路３の下流部に配置されたエンドブロック５４によって構成されている。
【０１２３】
エンドブロック５４は、図２２〜図２４に示すように、凹溝３２の動径方向内側と外側に対向配置される一対のブロックサイド５５、５６と、これら一対のブロックサイド５５、５６の間に配置されるブロック本体５７を有している。ブロックサイド５５、５６は、図２２に示すように、凹溝３２の動径方向外側の溝壁面３２ａと動径方向内側の溝壁面３２ｂにそれぞれ面一に連続する側壁面５５ａ、５６ａを有しており、分離流路３の流路外壁３ｂと流路内壁３ａの一部を構成する。
【０１２４】
ブロック本体５７は、図２３に示すように、凹溝３２の溝底面３２ｃに面一に連続する下面５７ａと、下面５７ａから分離流路３の下流側に移行するにしたがって蓋体４１に接近する方向である上方に漸次移行して分離流路３の流路高さを狭める傾斜面５７ｂを有している。この傾斜面５７ｂによって、分離流路３の流路高さＨを狭める流路高さ狭窄手段が構成される。
【０１２５】
ブロック本体５７は、ゲート５８を有している。ゲート５８は、傾斜面５７ｂの下流側に連続して設けられている。ゲート５８は、分離流路３内を動径方向に所定間隔をおいて分割して複数の分割通路５８ａを形成する複数の縦壁部５８ｂを有している。このゲート５８によって、分離流路３の流路幅Ｗを狭める流路幅狭窄手段が構成される。
【０１２６】
複数の縦壁部５８ｂは、傾斜面５７ｂの下流端に連続して蓋体４１の下面と平行に延在する平面部５８ｃから突出して流路方向に沿って延在し、動径方向に所定間隔をおいて配置されている。複数の縦壁部５８ｂは、各上端部が蓋体４１の下面にそれぞれ当接する高さを有しており、これら複数の縦壁部５８ｂの間にそれぞれ分割通路５８ａ（図２２のＢ部拡大図を参照）が形成される。
【０１２７】
複数の縦壁部５８ｂは、各上流端部が動径方向に沿って一列に並び、各下流端部が分離流路３の流路幅方向両側から中央側に移行するにしたがって漸次下流側に位置するように配置されている。各縦壁部５８ｂの上流端部は、図２２のＡ部拡大図に示すように、上流側から下流側に向かって互いに隣り合う縦壁部５８ｂとの間隔が漸次狭くなるテーパ形状を有しており、ゲート５８の上流側でキャリア液相に強いる動径方向の移動を円滑なものにしている。
【０１２８】
ブロック本体５７は、ゲート５８の下流側に合流通路５９を有している。合流通路５９は、複数の分割通路５８ａの下流側を互いに接続して、ゲート５８を通過したキャリア液相を合流させる構成を有している。合流通路５９は、図２３に示すように、ゲート５８の平面部５８ｃに連続して複数の縦壁部５８ｂの下流端部よりも下流側に延出する底面５９ａと、底面５９ａの下流端で上方に向かって折曲されて各縦壁部５８ｂの下流端部に対向して動径方向に延在する対向面５９ｂを有している。合流通路５９は、図２２に示すように、分離流路３の流路幅方向両側から中央側に移行するにしたがって漸次下流側に移行するように、分離流路３の流路幅方向中央を頂点とした平面視で略くの字形状を有している。蓋体４１には、合流通路５９の頂点に対応する位置に回収口４２が穿設されており、合流通路５９と連通している。
【０１２９】
次に、エンドブロック５４によるキャリア液相の流れについて説明すると、分離流路３内を流れてエンドブロック５４まで到達した分級後のキャリア液相は、流路高さ狭窄手段である傾斜面５７ｂによって、漸次流路高さＨ方向に狭められる移動を強いられ、流速が増大させられる。その際、キャリア液相に強いられる流路高さＨ方向の移動は、傾斜面５７ｂの傾斜によって円滑なものとされる。
【０１３０】
そして、キャリア液相は、流路幅狭窄手段であるゲート５８に流入し、ゲート５８の各分割通路５８ａにそれぞれ流れ込むことによって、流路幅Ｗ方向（動径方向）に狭められる移動を強いられる。その際、複数の縦壁部５８ｂの上流端部がテーパ形状を有しているので、キャリア液相に強いられる流路幅Ｗ方向の移動は円滑なものとされる。また、各分割通路５８に流れ込む際に、傾斜面５７ｂによってキャリア液相の流速が予め増大されているので、各分割通路５８ａ内でキャリア液相が逆流するのを防ぐことができる。
【０１３１】
ゲート５８の各分割通路５８ａを通過したキャリア液相は、それぞれ合流通路５９に流れ込み、合流通路５９内で合流される。そして、合流通路５９に連通する蓋体４１の回収口４２から図示していない管状流路に回収され、遠心ローター２の回転シールにより接続された回収流路（いずれも図示せず）から連続的に回収される。
【０１３２】
分離流路３からキャリア液相を回収する場合、キャリア液相を動径方向に集めて分離流路３の断面積よりも小さい内径の管状流路に直接回収すると、キャリア液相はもともと動径方向にそれなりの寸法（例えば２〜３ｃｍ）で密度勾配を形成した様態で拡がって存在していたものが、動径方向に著しく縮小することになる。したがって、その回収部分と分離流路３の上流側とを比較した場合に、等しい動径方向の位置に、異なる密度のキャリア液相が存在する状況も発生する。すなわち、必然的に同じ動径方向の位置にバルク密度の異なるキャリア液相が存在する状況も発生する。
【０１３３】
このような状況は場合により、分離流路３内におけるキャリア液相の流れ（マクロな振る舞い）を支配している力学的バランスを崩すおそれがある。そして、等しい動径方向の位置にある２位置間の液相密度の不均衡が無視できない量に達すると、キャリア液相全体の流れを乱してでも、この密度不均衡を解消しようとする流れがキャリア液相内に発生し、試料粒子の沈降分離過程を乱すおそれがある。
【０１３４】
そこで、本実施の形態では、分離流路３内に狭窄手段を構成するエンドブロック５４を設けて、分離流路３内におけるキャリア液相全体の流れの様態、特に動径方向（＝沈降方向）の様態を乱さないようにしながら、エンドブロック５４の傾斜面５７ｂおよびゲート５８で分離流路３の総断面積を絞り込んで流通抵抗を発生させて、分離流路３内におけるエンドブロック５４の上流側と下流側を流体力学的バランス状態から事実上切り離された状態にして、これら２位置間を遮蔽している。
【０１３５】
ゲート５８は、分離流路３内を動径方向に所定間隔をおいて分割した複数の分割通路５８ａを有しており、この複数の分割通路５８ａによって分離流路３を動径方向に多数に分割して狭めているので、ゲート５８よりも上流側でキャリア液相に強いる動径方向の移動を最小にすることができる。そして、複数の縦壁部５８ｂの上流端部がテーパ形状を有しているので、キャリア液相に強いられる移動を円滑なものとすることができる。
【０１３６】
また、ゲート５８の上流側に設けられた傾斜面５７ｂによって、分離流路３の流路高さＨを狭めて、ゲート５８の複数の分割通路５８ａを通過するキャリア液相の流速を増大させているので、これら複数の分割通路５８ａ内でキャリア液相が逆流するのを防ぎ、もって分離流路３に形成される密度勾配場の安定化作用を増強することができる。
【０１３７】
上記した構成を有する微粒子分級装置１によれば、分離流路３内に分離流路３の総断面積を狭める狭窄手段としてエンドブロック５４を設けているので、エンドブロック５４でキャリア液相の流通抵抗を発生させることができ、エンドブロック５４の上流側と下流側とを、流体力学的にバランスした状態から互いに切り離された状態にすることができる。したがって、等しい動径位置において液相密度の不均衡が発生しても、微粒子の沈降分離過程が乱されるのを防ぐことができ、分離流路３に形成されるキャリア液相の密度勾配場を安定化させることができる。
【０１３８】
なお、本実施の形態では、狭窄手段であるエンドブロック５４が、流路高さ狭窄手段である傾斜面５７ｂと、流路幅狭窄手段であるゲート５８の両方を有する場合を例に説明したが、分離流路３の総断面積を絞り込んで流通抵抗を発生させることができればよく、いずれか一方のみでもよい。
【０１３９】
＜第２実施の形態＞
次に、第２実施の形態について説明する。
本実施の形態において特徴的なことは、分離流路３の中間部に狭窄手段である中間ブロックを設けたことである。
【０１４０】
図２５は、本実施の形態における中間ブロックの一例を示す図、図２６は、本実施の形態における中間ブロックの他の一例を示す図である。
【０１４１】
中間ブロック６１、６２は、分離流路３の中間部で分離流路３を流路高さ方向に狭めるゲート構造を有する。中間ブロック６１、６２は、凹溝３２内に配置されて分離流路３を上流側と下流側に仕切る大きさを有する矩形の平板部材（仕切板）によって構成されている。中間ブロック６１の上部には、１本のスリット６１ａが開口形成されている。スリット６１ａは、分離流路３の総断面積を狭くするためのものであり、中間ブロック６１を貫通して流路幅Ｗ方向に亘って延在するように設けられている。スリット６１ａのスリット幅は、中間ブロック６１で発生させる流通抵抗に応じて設定される。
【０１４２】
中間ブロック６２の上部には、複数の貫通孔６２ａが穿設されている。これら複数の貫通孔６２ａは、スリット６１ａと同様に、分離流路３の総断面積を狭くするためのものであり、流路幅Ｗ方向に沿って所定間隔をおいて一列に開口形成されている。各貫通孔６２ａの大きさは、中間ブロック６１で発生させる流通抵抗に応じて設定される。また、各貫通孔６２ａの配置間隔は、キャリア液相に対する動径方向の強制移動距離を小さくするために、予め設定された間隔以内とされる。
【０１４３】
中間ブロック６１、６２は、分離流路３内を流れるキャリア液相を、分離流路３の中間部でスリット６１ａ、または複数の貫通孔６２ａに通過させて上流側から下流側に流すことができる。
【０１４４】
第１実施の形態のエンドブロック５４で対策しているのは、キャリア液相を回収する部位で発生する液相密度の不均衡の問題であるが、本実施の形態の中間ブロック６１、６２で対策しているのは、第１実施の形態のようなドラスチックな密度不均衡ではない。具体的には、キャリア液相の分離流路３内の滞在時間等によっては、キャリア液相が分離流路３を流れていく間の密度勾配材の拡散（温度勾配を用いる場合には熱拡散）により、同じ動径位置でも分離流路３内の異なる角度位置であるローター回転方向の位置の間（上流側と下流側の間）で液相密度の不均衡が生じるという問題に対するものであり、エンドブロック５４の場合と同様にして試料粒子の沈降分離過程が乱されないように、ローター回転方向の位置の間（分離流路３の上流側と下流側）を遮蔽している。
【０１４５】
中間ブロック６１、６２は、第１実施の形態におけるエンドブロック５４のように、分離流路３の下流部に用いられるものに限定されず、分離流路３の中間部に設けてもよく、エンドブロック５４と同様に、分離流路３に形成されるキャリア液相の密度勾配場を安定化させることができる。
【０１４６】
図２７と図２８は、本実施の形態における中間ブロックの他の一例を示す図であり、図中の（ａ）は、分離流路を上方から見た図（ロータ回転軸と平行な方向に見た図）、図中の（ｂ）は、分離流路を横方向から見た図である。なお、図２７と図２８では、簡便のため、極座標系ではなく、ｘｙ座標系の形で示している。
【０１４７】
中間ブロック６３、６４は、分離流路３を下流側に移行するにしたがって流路高さ方向両側から漸次絞って流路断面積を狭くし、流路高さ方向の間隔が最も狭い最狭部であるスリット様よりも下流側では、下流側に移行するにしたがって流路高さ方向両側に漸次拡げて流路断面積を大きくするゲート構造を有している。
【０１４８】
中間ブロック６３は、図２７に示すように、分離流路３内で流路高さ方向に離間して対向配置された上部ブロック６３Ａと下部ブロック６３Ｂを有している。上部ブロック６３Ａと下部ブロック６３Ｂは、下流側に移行するにしたがって分離流路３の流路高さ方向両側から流路高さ方向中央に向かって互いに接近するように傾斜した一対の上流傾斜面６３Ａａ、６３Ｂａと、上流傾斜面６３Ａａ、６３Ｂａの下流端で折曲されて頂部６３Ａｂ、６３Ｂｂを介して連続し、下流側に移行するにしたがって分離流路３の流路高さ方向両側に向かって互いに離反するように傾斜した一対の下流傾斜面６３Ａｃ、６３Ｂｃを有している。
【０１４９】
上部ブロック６３Ａの頂部６３Ａｂと下部ブロック６３Ｂの頂部６３Ｂｂは、流路高さ方向に所定の間隙を有して対向しており、この頂部６３Ａｂと頂部６３Ｂｂとの間に、流路高さ方向の間隔が最も狭い最狭部であるスリット様６３ｂが形成される。そして、分離流路３の流路高さが徐々に絞られてスリット様６３ｂまで狭まった後、直ぐにまた徐々に流路高さが拡がっていくようになっている。スリット様６３ｂは、分離流路３の総断面積を狭くするためのものであり、流路幅Ｗ方向に亘って延在している。スリット様６３ｂの流路高さ方向の幅は、中間ブロック６３、６４で発生させる流通抵抗に応じて設定される。
【０１５０】
一方、中間ブロック６４は、図２８に示すように、分離流路３内で流路高さ方向に離間して対向配置された上部ブロック６４Ａと下部ブロック６４Ｂを有している。上部ブロック６４Ａと下部ブロック６４Ｂは、下流側に移行するにしたがって分離流路３の流路高さ方向両側から流路高さ方向中央に向かって互いに接近するように傾斜した一対の上流傾斜面６４Ａａ、６４Ｂａと、上流傾斜面６４Ａａ、６４Ｂａの下流端に頂部６４Ａｂ、６４Ｂｂを介して連続し、頂部６４Ａｂ、６４Ｂｂから下流側に移行するにしたがって分離流路３の流路高さ方向両側に向かって互いに離反するように傾斜した一対の下流傾斜面６４Ａｃ、６４Ｂｃを有している。
【０１５１】
上部ブロック６４Ａの頂部６４Ａｂと下部ブロック６４Ｂの頂部６４Ｂｂは、流路高さ方向に所定の間隙を有して対向配置されており、分離流路３の流路方向に沿って互いに平行に延在する平面形状を有している。したがって、この頂部６４Ａｂと頂部６４Ｂｂとの間に、流路高さ方向の間隔が最も狭い最狭部であるスリット様６４ｂが形成されている。
【０１５２】
中間ブロック６４は、中間ブロック６３のように分離流路３を流路高さ方向に一瞬の間だけ絞るのではなく、狭い流路高さをしばらく維持する構成を有しているので、より大きな流通抵抗を得ることができる。したがって、中間ブロック６４を挟む上流側と下流側との間の遮蔽をより強力なものとすることができる。
【０１５３】
中間ブロック６３、６４は、流路高さ方向両側から分離流路３を漸次絞ることによって、流路高さ方向一方側から他方側に絞る場合よりも、緩やかな角度で徐々に絞ることができる。そして、同様に、流路高さ方向両側に向かって分離流路３を漸次拡げることによって、流路高さ方向一方側から他方側に拡げる場合よりも、緩やかな角度で徐々に拡げることができる。
【０１５４】
中間ブロック６３、６４は、エンドブロック５４とは異なり、中間ブロック６３、６４の下流側でも、試料粒子の分級が行われる。したがって、中間ブロック６３、６４の存在によって、分離流路３の上流側だけでなく、下流側においても、試料分離場の空間的秩序性や時間的秩序性が乱されないこと、より具体的には、中間ブロック６３、６４の上流端付近だけでなく下流端付近でも、試料やキャリア液相の動径方向位置が乱されないこと、試料やキャリア液相の流れに一部の滞留も起きないことなどが肝要である。中間ブロック６３、６４は、最狭部から下流側に移行するにしたがって、分離流路３を流路高さ方向両側に漸次拡げて流路断面積を大きくする構造を有しているので、分離流路３の下流側における試料分離場の空間的秩序性や時間的秩序性が乱されるのを防止できる。
【０１５５】
中間ブロック６３、６４は、凹溝３２の溝壁面３２ａ、３２ｂに形成された凹部に埋め込み固定する構造とし、かつ、上部ブロック６３Ａ、６４Ａと下部ブロック６３Ｂ、６４Ｂを別々に製作することにより、スリット様６３ｂ、６４ｂの流路高さ方向の寸法を高精度とすることができる。
【０１５６】
以上、本実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【０１５７】
１  微粒子分級装置
２  遠心ローター
３  分離流路
４１  蓋体
４２  回収口
５４  エンドブロック（狭窄手段）
５７ｂ  傾斜面（流路高さ狭窄手段）
５８  ゲート（流路幅狭窄手段）
５８ａ  分割通路
５９  合流通路
６１、６２、６３、６４  中間ブロック（狭窄手段）
６３Ａ、６４Ａ  上部ブロック
６３Ｂ、６４Ｂ  下部ブロック
６３Ａａ、６３Ｂａ、６４Ａａ、６４Ｂａ  上流傾斜面
６３Ａｃ、６３Ｂｃ、６４Ａｃ、６４Ｂｃ  下流傾斜面
６３Ａｂ、６３Ｂｂ、６４Ａｂ、６４Ｂｂ  頂部
６３ｂ  スリット様
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2013198854.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2013198854.tif 000028
【図２７】
2013198854.tif 000029
【図２８】
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